Таблица допустимого сопротивления заземляющих устройств

При использовании электрических приборов всегда существует риск поражения электрическим током. Эта вероятность происходит из свойств упорядоченного потока заряженных частиц: он проходит через тот участок цепи, в котором сопротивление имеет минимальное значения. В разное время производители приборов и комплектующих пытались бороться с этим и обезопасить человека от вредного или даже смертельного воздействия тока. Но в конечном итоге наиболее простым и надежным остается заземление.

Заземление применяется на промышленных предприятиях и в загородных домах. Особую роль оно играет в случае, когда мощность прибора превышает критические значения. Человеку достаточно получить удар силой 0.1 ампера, чтобы гарантированно погибнуть. Также не стоит забывать, что даже исправное оборудование может служить источником опасности. Это может случиться из-за разряда молнии и по некоторым другим причинам. Следовательно, к вопросу установки заземления стоит подходить ответственно и учитывать все нюансы.

Испытания заземления

Существует множество споров по поводу монтажа заземления и норм растекания тока по нему. Но в одном специалисты сходятся абсолютно единогласно — проверять качество установленного контура должен проверять специалист. Эта процедура позволит быть уверенным с правильном монтаже заземления в доме и позволит обезопасить себя и близких от опасного воздействия электрического тока. Испытания проводятся как на предприятиях, где часто работают генераторы и двигатели высокой мощности, так и в частных домах — измерение сопротивления заземления делается одним и тем же способом.

Существует две основных разновидности испытаний: приемо-сдаточные и эксплуатационные. Первые проводятся в случаях, когда установка (или участок сети) уже полностью смонтированы и готовы к непосредственному использованию. Перед тем, как измерить сопротивление заземления, определяют, готов ли контур к поглощению токов в случае необходимости и соответствуют ли его параметры заявленным требованиям. Помимо всего прочего, необходимо регулярно контролировать, чтобы установленное заземление не теряло своих свойств с течением времени. Для этого проводятся эксплуатационные испытания — специалист проверяет готовый участок сети, который уже используется. Для осуществления такой процедуры нужно освободить сеть от потребителей, так что весь процесс требует небольшой подготовки.

Какая периодичность измерений

Перед тем как замерить сопротивление заземления тем или иным способом – важно учесть требования ПУЭ в части периодичности проведения этих испытаний. Согласно основным положениям этого документа они могут проводиться в следующих формах:

• плановые обследования;
• внеочередные проверки;
• пусковые испытания.

Периодичность каждой из этих разновидностей проверок определяется теми целями, которые они перед собой ставят. Периодичность проверок сопротивления изоляции станционного оборудования обычно согласуется с обследованием самого ЗК. Рассмотрим различные их виды более подробно.

Плановые проверки

Сроки проведения плановых мероприятий оговариваются инструкцией РД-34.22.121-87, а также требованиями ПУЭ. Из этих документов можно узнать, какова периодичность визуального осмотра видимых частей устройств заземления, которая согласно им организуется не реже одного раза в полгода. Помимо этого из этих же нормативов следует, что не реже чем раз в 12 лет должны проводиться обследования конструкции со вскрытием грунта вокруг нее. Измерение сопротивления контуров заземления согласно тем же документам должно проводиться не реже раза в 6 лет.

Ответственными за проведение таких проверок являются лица, уполномоченные на это соответствующими органами. Владелец частного дома должен заранее оформить заявку на их проведение с последующей оплатой. По завершении испытаний он обязан предоставить в местную энергетическую службу протокол измерений сопротивлений контактов между элементами ЗК.

Внеочередные

Внеочередные измерения параметров контура должны проводиться в следующих внештатных ситуациях:

• После внесения в конструкцию изменений, не предусмотренных проектом, но влияющих на сопротивление растеканию току (измерение заземления в частном доме должно проводиться при переносе его на другое место).
• После аварийного разрушения и последующего восстановления ЗК.
• По завершении ремонтных работ.

Периодичность их проведения по понятным причинам не регламентируются.

Пусковые или вводные

Пусковые или вводные проверки заземления и измерения сопротивления организуются сразу же по окончании монтажа защитного контура (то есть накануне сдачи его представителю местной энергетической службы). Для этого потребуется пригласить специалиста от электрической лаборатории или другой организации, имеющей лицензию на право проведения таких испытаний.

По итогам проверки оформляется акт приемки, являющийся основанием для последующего пуска устройства в эксплуатацию и подтверждением того, что все питающие линии в частных домах заземлены.

Условия проведения испытаний

При организации мероприятий по проверке заземления важно обратить внимание на те условия, в которых предполагается их проведение. Они должны учитываться еще на стадии подготовки испытаний, а по их окончании вноситься в особый журнал. Согласно требованиям действующих нормативов (ПУЭ, в частности) для этого желательно выбирать летнюю пору с солнечной сухой погодой, позволяющей получить наиболее близкие к реальности результаты. Это объясняется тем, что в такое время грунт поддерживается в достаточно сухом состоянии, соответствующем реальным условиям эксплуатации защитного сооружения.

При проведении контрольных замеров допустимых сопротивлений в осеннюю сырую погоду, например, полученные результаты будут в значительной степени искажены. Это объясняется тем, что пропитанный влагой грунт существенно увеличивает показатель проводимости почвы. Для того чтобы избежать всех этих сложностей и получить значение близкое к реальной величине – проще всего воспользоваться услугами профессионалов. Для этого необходимо обратиться в специальную электротехническую лабораторию, имеющую лицензию на проведение соответствующих работ.

Специалисты по прибытию на место выявят все факторы и организуют испытания защитного оборудования в соответствие с требованиями действующих нормативов. По завершении всего испытательного цикла ими же будет оформлен протокол измерения сопротивления заземления образец которого представлен ниже.

Чем измеряют заземление

Для измерения этой величины применяется омметр — прибор, который изменяет сопротивление. При этом устройств для определения сопротивления заземления должны иметь определенные характеристики. Самая главная: очень низкая проводимость на входе. Диапазон измерений у таких приборов крайне небольшой: обычно он составляет от 1 до 1000 Ом. Точность измерения в аналоговых приборах не превышает 0.5–1 Ом, а в цифровых — до 0.1 Ома.

Несмотря на повальное распространение китайских и европейских приборов, самым популярным остается М416, разработанный еще в СССР. Устройство имеет четыре диапазона измерения: от 0 до 10 Ом, от 0.5 до 50, от 2 до 200 и от 100 до 1000. Работает прибор от трех «пальчиковых» батареек. Несмотря на это, мобильным его назвать трудно — размеры корпуса не слишком комфортны.

Более продвинутой версией является Ф4103 — промышленный омметр с большим входным сопротивлением. Он еще менее транспортабельный, но имеет большее количество диапазонов измерения. Большой плюс такого прибора: работа с огромным диапазоном сигналов (от постоянного и пульсирующего тока — до переменного с частотой 300 Гц). Также порадует пользователя и диапазон рабочих температур: от –25 до 55 градусов по Цельсию.

Измерение сопротивления Земли (трехточечный метод)

Измерение сопротивления Земли (трехточечный метод)

В этом методе клеммы C1 и P1 тестера заземления замыкаются друг на друга и подключаются к тестируемому заземляющему электроду (трубе). Клеммы P2 и C2 соединены с двумя отдельными шипами, приводимыми в действие в землю. Эти два пика сохраняются в одной и той же линии на расстоянии 25 метров и 50 метров, из-за которых не будет взаимного вмешательства в поле отдельных шипов.

Если мы вращаем ручку генератора с определенной скоростью, мы получаем прямое сопротивление по земле по шкале . Длина спайка в земле не должна превышать 1/20 расстояние между двумя шипами. Сопротивление должно быть проверено путем увеличения или уменьшения расстояния между электродом тестера и шипами на 5 метров.

Обычно длина проводов должна составлять 10 и 15 метров или в пропорции 62% от D.

Предположим, расстояние от Current Spike от земного электрода D = 60 футов. Тогда расстояние от потенциального шипа составит 62% от D = 0, 62D, т.е. 0, 62 x 60 футов = 37 футов.

Как нужно измерять сопротивление

Существует два документа, которые регламентируют нормы сопротивления заземления в контуре и другие показатели. Первый — ПУЭ (Правила устройства электроустановок), на которые опираются при проведении приемо-сдаточного контроля. Эксплуатационные замеры же должны соответствовать Правилам технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭЭП).

В обеих сводах правил существует разделение контуров на несколько типов — их нужно учесть до того, как измерить сопротивление заземления. Они отличаются в зависимости от напряжения, которое используется в сети и разновидности цепи. Всего имеется три типа контуров:

1. Для подстанций и пунктов распределения, в которых напряжение не превышает 1000 вольт (вне зависимости от того, используется в сети переменный ток или постоянный).
2. Для воздушных ЛЭП (линий электропередач), которые передают ток напряжением менее 1000 вольт.
3. Для электроустановок с таким же максимально допустимым напряжением, использующимся в промышленных или бытовых целях.

Проверка заземления розеток

Если вы купили дом или квартиру, и вся электрическая часть в помещении уже была смонтирована до вас, как проверить заземление в розетке?

Для начала предлагаем вам произвести визуальный осмотр. Отключите вводной автомат на квартиру и разберите одну розетку. У неё должна быть соответствующая клемма, к которой подсоединяется заземляющий проводник, как правило, он имеет жёлто-зелёное цветовое исполнение. Если всё это присутствует, значит, розетка заземлена. Если же вы обнаружили только два провода – коричневый и синий (фазу и ноль), то розетка не имеет защитного заземления.

В то же время наличие жёлто-зелёного проводника ещё не говорит об исправности заземления.

Эффективность контура можно определить специальным прибором, без которого не обходится ни один электрик, мультиметром. Алгоритм этой проверки выглядит следующим образом:

• В распределительном щитке включите вводной автомат, то есть в розетках должно присутствовать напряжение.
• На приборе установите режим измерения напряжения.

• Теперь необходимо щупами прибора прикоснуться к фазному и нулевому контакту и померить между ними напряжение. На приборе должна высветиться величина порядка 220 В.
• Аналогичный замер произведите между фазным и заземляющим контактами. Измеряемое напряжение будет немного отличаться от первой величины, но сам факт появления на экране каких-то цифр говорит о том, что в помещении присутствует заземление. Если на экране прибора никаких цифр нет, значит, контур заземления отсутствует либо он в неисправном состоянии.

Когда нет мультиметра, проверить работу контура можно тестером, который собирается своими руками. Вам понадобятся:

• патрон;
• лампочка;
• провода;
• концевики.

Электрики называют подобный тестер «контрольной лампочкой» или сокращённо «контролькой». Прикоснитесь одним концевым щупом к фазному контакту, вторым дотроньтесь до нулевого. Лампочка при этом должна загореться. Теперь концевик, которым вы прикасались к нулю, переведите на усик заземляющего контакта. Если лампочка снова загорится, значит, контур заземления в рабочем состоянии. Лампа не будет гореть, если защитное заземление не рабочее. Слабое свечение станет свидетельством плохого состояния контура.

Если к проверяемой цепи подключено УЗО, то во время проверочных действий оно может сработать, это означает, что заземляющий контур работоспособен.

Обратите внимание! Может быть такая ситуация, что во время прикосновения концевиками к фазному и заземляющему контактам лампа не загорелась. Попробуйте тогда с фазного контакта переместить щуп на нулевой, возможно во время подключения розетки ноль с фазой были попутаны.

В идеале надо начинать проверочные действия с того, что при помощи индикаторной отвёртки определять в коммутационном аппарате фазный контакт.

Наглядно этот способ показан на видео:

О неисправном либо неподключенном контуре заземления могут также свидетельствовать такие косвенные ситуации:

• бьётся током стиральная машина или водонагревательный бойлер;
• слышится шум в колонках, когда работает музыкальный центр.

Нормы для каждого из типов

Для того, чтобы понять, какие нормативные и эксплуатационные показатели должны быть для каждого из типов:

1. Для электрических установок. Проводить измерения сопротивления заземления нужно в непосредственной близости к подстанции. В зависимости от нагрузки, этот показатель может составлять 60, 30 или 15 Ом. Также стоит учитывать естественные заземлители — для них эти величины должны равняться 8, 4 или 2 Ома соответственно. Все три величины зависят от напряжения в сети. 60 и 8 Ом допускаются для однофазной сети в 200 вольт. 30 и 4 Ом — для трехфазной с напряжением 380 вольт. Минимальные значения (15 и 2 Ома) — для 660 вольт. В ходе эксплуатации сопротивление заземляющего контура также не должно падать ниже показателей, описанных в абзаце выше.
2. Для пункта распределения или подстанции. Для установок с напряжением выше 100 киловольт (100 тысяч вольт) проводимость заземления при сдаче сети и при ее эксплуатации также остается неизменной и составляет 0.5 Ома. При этом обязательными требованиями при проверке являются глухой тип заземления и подключенная к нейтральному контуру. Также существуют нормы и для менее мощных установок, в которых напряжение лежит в пределах между 3 и 35 киловольт. В таком случае нужно 250 делить на расчетный ток замыкания в землю — результирующее значение будет необходимым сопротивлением в Омах. Показатель, согласно ПТЭЭП, не должен превышать 10 Ом в любом случае.
3. Для воздушных линий электропередач. Рассчитывается в зависимости от проводимости грунта, на котором стоят опоры ЛЭП:

• для грунта с удельным сопротивлением менее 100 Ом на метр — 10 Ом;
• с удельным сопротивлением 100…500 Ом на метр — 15 Ом;
• с удельным сопротивлением 500…1000 Ом на метр — 20 Ом;
• с удельным сопротивлением 1000…5000 Ом на метр — 30 Ом.

Для ЛЭП с напряжением тока менее 1000 вольт — до 30 Ом (для опор с защитой от попадания молнии). В ином случае сопротивление должно быть 60, 30 или 15 Ом для сетей с напряжением до 660, 380 или 220 вольт соответственно.

Заземление — что это (определения)

В заключение приведем некоторые встречающиеся определения заземления. Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством. В электротехнике при помощи заземления добиваются защиты от опасного действия электрического тока путем снижения напряжения прикосновения до безопасного для человека и животных значения.

Другое определение. Заземление — это соединение корпусов всех электроприборов в доме с землей через контур заземляющего устройства. Для этого во всей системе, включая кабель электроприбора, есть отдельная жила. Она идет от розеток через щиток в заземляющий контур, который вкопан в грунт. Прибор, подключенный к такой розетке, защищен. То есть если он будет неисправен и на его металлических деталях появится напряжение, избыточный ток уйдет в землю. В худшем случае на корпусе останется небольшой, безопасный для человека заряд. При касании он будет ощущаться как легкое покалывание.

Как видно везде говорится о безопасности и легком покалывании. Почему же наши цифры не такие оптимистичные? Потому, что в наших примерах не учтены дополнительные защитные мероприятия по уравниванию и выравниванию потенциалов. Уравнивание потенциалов — это электрическое соединение проводящих частей для достижения равенства их потенциалов. Выравнивание потенциалов — это снижение разности потенциалов (шагового напряжения) на поверхности земли или пола при помощи защитных проводников, проложенных в земле, в полу или на их поверхности и присоединенных к заземляющему устройству, или путем применения специальных покрытий земли. А это уже отдельная тема для рассмотрения.

Поэтому, читая такие определения о защитном заземлении, учитывайте что просто контур заземления это не 100% защита. И если пол, на котором вы стоите не будет иметь потенциал пробитой на корпус фазы, то легким покалыванием при прикосновении к корпусу прибора вы не отделайтесь при несработанном автоматическом отключении питания. Все будет намного хуже.

От чего зависит сопротивление заземления

Как уже говорилось выше, у тока есть одна важная особенность — он течет по тому участку цепи, который меньше всего этому сопротивляется. Сама величина сопротивления зависит от множества факторов:

1. Материала. Ряд материалов имеет особую (атомарную) структуру, которая подразумевает наличие большого числа свободных электронов. Если такие материалы попадают в действие любого магнитного поля или покдлючаются к источнику питания, то легко проводят электрический ток. В своем большинстве это утверждение относится к металлам. Другие материалы не имеют свободных электронов и их сопротивление току крайне высоко. Если напряжение (сила, «толкающая» электроны) ниже допустимого значения, то проводимость будет равняться нулю или крайне малым значениям. При превышении показателя произойдет пробой и образовавшийся нагар будет иметь свойства проводника. Логично, что материалом для заземления могут быть именно только представители первой группы материалов — именно она обеспечивает минимальное сопротивление.
2. Его температуры. Темпатура определяет, насколько быстро электроны передвигаются внутри материала. Следовательно, чем ниже она у проводника, тем лучше он проводит заряд. Обратная зависимость тоже носит характер прямой пропорции — после ее повышения его сопротивление будет падать. Расчет сопротивления заземления должен производиться с учетом этого параметра.
3. Наличия примесей. Основная часть проводников делается из меди. Старые провода изготавливаливались из алюминия, но такие решения имеют сразу несколько недостатков. К сожалению, кабеля и провода из этого материала быстрее перегреваются и плавятся, да и сопротивление промышленно добываемого алюминия ниже, чем таковое у меди. Химически чистый же металл является лучшим проводником, превосходя по проводимости даже серебро. Дело в примесях: они имеют гораздо более высокие показатели сопротивления. Этот же момент стоит учитывать при расчете заземления.

Понятное дело, что в идеале сопротивление должно быть минимальным — для этого нужно использовать медный контур большого сечения. Но дело в том, что медь быстро окисляется, да и стоимость такого решения будет крайне высокой. Следовательно, были разработаны нормы для минимального порога заземления. Этот показатель не нужно превышать для того, чтобы в нужный момент под нагрузкой контур выполнил возложенную на него функцию и отвел заряд в землю.

Измерения переходного сопротивления

При измерении параметров контура заземления особое внимание уделяется так называемым «переходным» зонам, образующимся по всей площади непосредственных сочленений элементов конструкции (включая их контакт с почвой и сам грунт). Для этих участков вводится понятие «переходного сопротивления», в значительной мере влияющего на суммарное значение. Все рассмотренные выше методы измерения касались и этой части общего сопротивления системы (за исключения сопротивления материала заземляющих проводников и штырей).

По его величине можно судить о скорости стекания опасного заряда в землю, а также о тех препятствиях, которые встречаются на пути. В действующих системах эта составляющая вносит ощутимый вклад в формирование общего показателя для всего ЗК.

Как измерять переходное сопротивление

Перед тем как измерять заземление в переходных зонах потребуется приготовить специальный прибор, называемый миллиомметром. Для проведения этих испытаний сгодится любой другой прибор для измерения заземления из той же серии (иногда для этого используются универсальные аппараты М-416). Независимо от типа выбранного прибора для этих целей должна использоваться только сертифицированная измерительная техника, прошедшая государственную поверку. В противном случае проведенные на приборе измерения не будут считаться соответствующими действующим нормам и ГОСТам.

При проведении таких замеров прибор, выбранный в качестве измерительного устройства с заряженным питающим аккумулятором, подключается своими зажимными клеммами по обе стороны контролируемого соединения. Независимо от типа элементов контура переходное сопротивление между ними не должно превышать 0,05 Ома. Если проведенное таким методом измерение переходного сопротивления заземления дало неудовлетворительный результат – эксплуатацию установки прекращают до выявления причин и их устранения. Схема измерений переходной проводимости представлена на фото ниже.

Перед тем как проверить контур заземления – необходимо ознакомиться с существующими методиками его расчета. В подавляющем большинстве случаев они сводятся к простейшим вычислениям по закону Ома (путем деления измеренного напряжения на снятые в соответствующей цепи токовые показания).

Дополнительная информация: Перед расчетом удельного сопротивления заземления важно учесть все звенья цепочки стекания аварийного тока, включая контактные зоны.

Полученный в итоге результат полностью характеризует конструкцию на ее соответствие нормируемым показателям.

Как часто замеряется

Сроки проверки заземления электроустановок устанавливаются согласно следующим требованиям нормативам:

1. Визуальные осмотры – каждые полгода.
2. Поверка качества соединений металлических элементов в их стыках – раз в год.

Возможны и внеплановые проверки переходного сопротивления заземлителя, которые проводятся обычно после реставрации контура, а также при внесении в его конструкцию серьезных коррективов. Испытания также могут проводиться и при сдаче вновь запускаемой системы заземления в эксплуатацию.

При организации очередных или внеочередных проверок необходимо руководствоваться общими положениями по расчету удельного сопротивления заземления.

Формула расчета

Формула расчета сопротивления заземления одиночного вертикального заземлителя:

где: ρ — сопротивление грунта на единицу длины (Ом×м) L — протяженность заземлителя (в метрах) d — ширина заземлителя (в метрах) T — расстояние от поверхности земли до середины заземлителя (в метрах)

Для электролитического заземления:

Формула расчета сопротивления заземления одиночного горизонтального электрода с добавлением поправочного коэффициента:

где:

ρ — сопротивление грунта на единицу длины (Ом×м); L — протяженность заземлителя (в метрах); d — ширина заземлителя (в метрах); T — расстояние от поверхности земли до середины заземлителя (в метрах); С — относительное содержание электролита в окружающем грунте.

Коэффициент C варьируется от 0.5 до 0.05. Со временем он уменьшается, так как электролит проникает в грунт на больший объем, при это повышая свою концентрацию. Как правило, он составляет 0.125 через 6 месяцев выщелачивания солей электрода в плотном грунте и через 0.5–1 месяц выщелачивания солей электрода в рыхлом грунте. Процесс можно ускорить путем добавления воды в электрод при монтаже.

Расчетное удельное электрическое сопротивление грунта (Ом×м) — параметр, определяющий собой уровень «электропроводности» земли как проводника, то есть как хорошо будет растекаться в такой среде электрический ток от заземлителя.

Это измеряемая величина, зависящая от состава грунта, размеров и плотности прилегания друг к другу его частиц, влажности и температуры, концентрации в нем растворимых химических веществ (солей, кислотных и щелочных остатков).

Метод построения заземляющей ямы

• Раскопки на земле для нормальной земли. Размер ямы составляет 1.5MX 1.5MX 3.0 M.
• Используйте 500 мм X 500 мм X 10 мм GI Plate или Bigger для большего количества контактов Земли и уменьшения сопротивления земли.
• Сделайте смесь древесной угольной порошковой соли и песка в равной пропорции
• Древесный уголь Порошок используется как хороший проводник электричества, антикоррозийный, ржавчина доказывает для пластины GI для долгой жизни.
• Целью угля и соли является постоянное увлажнение почвы.
• Соль просачивается, и уголь поглощает воду, удерживая почву влажной.
• Уход всегда следует проводить, поливая ямы земли летом, чтобы почва ямы была влажной.
• Уголь изготовлен из углерода, который является хорошим проводником, минимизирующим устойчивость к земле.
• Использование соли в качестве электролита для формирования проводимости между GI Plate Coal и Earth с влажностью.
• Песок используется для образования пористости для циклирования воды и влаги вокруг смеси.
• Положите пластину GI (ЗЕМНАЯ ПЛИТА) размером 500 мм Х 500 мм X 10 мм в середине смеси.
• Используйте Double GI Strip размером 30 мм X 10 мм для подключения пластины GI к системе Earthling.
• Лучше использовать трубку GI диаметром 2, 5 дюйма с фланцем на верхней части трубы GI для покрытия полосы GI от EARTH PLATE до верхнего фланца.
• Накройте верхнюю часть трубы GI тройным соединением, чтобы избежать заклинивания трубы с пылью и грязью, а также время от времени использовать воду через эту трубу на дне земной пластины.
• Поддерживайте сопротивление менее 1 Ом от проводника PART EARTH до расстояния 15 метров вокруг ЗЕМЛИ PIT с другим проходом проводника на Земле глубиной не менее 500 мм.
• Проверьте напряжение между проводниками заземления на нейтраль сетевого питания 220 В переменного тока 50 Гц, оно должно быть менее 2, 0 В.

Итоги и выводы

Заземление — важный элемент электрической цепи, который обеспечивает защиту от коротких замыканий, поражения током или попадания молнии в один из ее участков. Ключевым показателем здесь является сопротивление: чем оно меньше, чем больше тока «уведет» контур и тем ниже будет вероятность серьезного удара или повреждения оборудования. Сопротивление заземления регламентируется двумя документами: ПУЭ и ПТЭЭП. Первый используется для приема только что сданного участка сети, второй — для контроля уже эксплуатируемого участка.

Нельзя пренебрегать нормами контроля, которые призваны проверить качество заземления и работу контура в условиях полной нагрузки. Процедуры производятся как непосредственно после создания цепи, так и в процессе ее использования. Частота проверок зависит от нагрузки на сети и целей, для которых используется контур. Нормы сопроивления при этом вовсе не отличаются. Различают три типа норм: для линий электропередач, трансформаторов и электрических установок. С повышением рабочего напряжения по экспоненте возрастает максимальная величина сопротивления. Также учитывается и ряд специфических показателей (например, удельная проводимость грунта). Исходя из нее можно получить максимальное регламентированное сопротивление.

Основными способами для увеличения эффективности работы заземлителя является использование разных конфигураций проводника. Ключевая задача заключается в том, чтобы предельно повысить площадь прямого контакта контура с землей. Для этого используется один или несколько проводников. В последнем случае их могут соединять как последовательно, так и параллельно.

Также для замера сопротивления контура заземления важно знать и поправочные коэффициенты — например, при вычислении минимально допустимого сопротивления заземления учитывается также удельное содержание материала в грунте и сопротивление повторного заземления. Для получения этого показателя нужно использовать специальное оборудование.

Заземление защитное и другие меры при косвенном прикосновении

В правилах защиты электроустановок написано, что для защиты от поражения электрическим током в случае повреждения изоляции должны быть применены по отдельности или в сочетании следующие меры защиты при косвенном прикосновении:

• Защитное заземление.
• Автоматическое отключение питания.
• Уравнивание потенциалов.
• Выравнивание потенциалов.
• Двойная или усиленная изоляция.
• Сверхнизкое (малое) напряжение.
• Защитное электрическое разделение цепей.
• Изолирующие (непроводящие) помещения, зоны, площадки.

Как видим, есть такое понятие, как защитное заземление при косвенном прикосновении. Остальные меры защиты, кроме автоматического отключения питания, в данной теме нас не интересуют. А помимо защитного заземления, есть и рабочее заземление.

Поэтому на данном этапе определимся с терминологией:

• Заземление — преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.
• Защитное заземление — заземление, выполняемое в целях электробезопасности.
• Рабочее (функциональное) заземление — заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, выполняемое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).
• Косвенное прикосновение — электрический контакт людей или животных с открытыми проводящими частями, оказавшимися под напряжением при повреждении изоляции.

Нас больше интересует электробезопасность. Поэтому говоря о том, как работает заземление, мы будем рассматривать защитное заземление в паре с автоматическим отключением питания. Но нужно понимать что заземление помимо защитного бывает и рабочим.

Требования к заземляющим устройствам

а) Электроустановки напряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю

. Согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства в этих электроустановках не должно превышать 0,5 Ом. Однако одно лишь ограничение сопротивления заземляющего устройства не обеспечивает приемлемых напряжений прикосновения и шага при токах замыкания на землю в несколько килоампер.

Рис.8-11. Выравнивание потенциалов с помощью дополнительных выравнивающих проводников при контурном заземлителе

Например, при токе короткого замыкания 6 кА на заземляющем устройстве будет напряжение 3 кВ. Поэтому дополнительно к ограничению сопротивления заземляющего устройства предусматривается также выполнение следующих мероприятий:

1) быстродействующее отключение при замыканиях на землю;

2) выравнивание потенциалов в пределах территории, на которой находится электроустановка, и на ее границах.

Для выравнивания потенциалов на территории электроустановки на глубине 0,5-0,8 м должна закладываться сетка из выравнивающих проводников (рис. 8-11). Продольные проводники закладываются параллельно осям оборудования на расстоянии 0,8 — 1 м от фундаментов или оснований оборудования и соединяются между собой на всей площади поперечными проводниками с шагом не более 6 м. Для улучшения выравнивания на границе контура крайние проводники сетки, с которых происходит большее стекание тока в землю, укладываются на глубине около 1 м.

Выравнивание потенциалов должно быть также осуществлено у входов и въездов на территорию электроустановки путем укладки двух дополнительных полос с постепенным заглублением; на расстоянии 1 и 2 м от заземлителя на глубине 1 и 1,5 м соответственно.

При размещении электроустановки на достаточной площади расстояние от границ заземлителя до ограды электроустановки должно быть не менее 3 м, и ограда в этом случае не заземляется. В местах, часто посещаемых персоналом, и в местах входов и съездов целесообразно устраивать дорожки с покрытием асфальтом или гравием, имеющим малую проводимость.

В целях исключения выноса потенциала за пределы территории электроустановки с большим током замыкания на землю запрещается питание приемников, находящихся вне территории электроустановки, производить от трансформаторов с заземленной нейтралью при напряжениях 380/220 или 220/127 В, находящихся в пределах территории электроустановки. При необходимости питание таких приемников осуществляется от трансформаторов с изолированной нейтралью.

Для исключения выноса потенциала рельсовые пути, заходящие на территорию электроустановки, к заземляющему контуру электроустановки не присоединяются, а на выходе за пределы электроустановки рельсы заземляются в нескольких точках. Так как рельсы при этом имеют нулевой потенциал, должна быть исключена возможность попадания человека под значительное шаговое напряжение в пределах электроустановки, когда он одной ногой касается грунта, а другой — рельса. Возможность эта исключается при насыпи железнодорожного полотна из крупного щебня, гальки, ракушечника, имеющих малую проводимость.

Если заземлитель не размещается внутри ограждаемой территории, он может быть расширен за пределы электроустановок с обязательным выравниванием потенциалов на границе контура путем постепенного заглубления крайних проводников сетки. При этом металлические части забора и арматура стоек железобетонного забора должны быть присоединены к заземлителю.

При расположении электроустановок с большим током замыкания на землю у цехов промышленных предприятий необходимо выполнять следующие мероприятия:

1) все прилегающие здания должны быть включены в общий контур заземления;

2) должны приниматься меры к выравниванию потенциалов внутри цехов;

3) вокруг зданий на расстоянии 1 м от стен на глубине 1 м должен быть проложен проводник, соединенный с заземляющими проводниками внутри здания, а у входов и въездов в здания должно быть выполнено выравнивание потенциалов путем прокладки дополнительных полос с постепенным заглублением;

4) вокруг зданий следует устраивать асфальтированные отмостки шириной 1-1,5 м.

Так как токи короткого замыкания на землю в рассматриваемых установках имеют большие значения, должна быть обеспечена термическая стойкость заземляющих проводников. Сечения заземляющих проводников должны быть выбраны такими, чтобы при протекании по ним расчетных токов однофазных замыканий на землю температура их за время до срабатывания основной защиты не превысила допустимой (400° С). В соответствии с этим минимальные сечения проводников по допустимому нагреву током однофазного замыкания на землю определяются по формуле:

(8-11)

где I зм — установившийся ток к. з., А; t п — приведенное время прохождения тока на землю, с; с — постоянная: для стали 74, для толстых медных проводников 195, для кабелей напряжением до 10 кВ с медными жилами 182, для голых алюминиевых проводников и кабелей с алюминиевыми жилами напряжением до 10 кВ 112.

В качестве установившегося тока к. з. при расчетах принимается наибольший ток, проходящий через проводник при замыкании на рассматриваемом устройстве или при однофазных замыканиях на землю вне его, для возможной в эксплуатации схемы сети с учетом распределения тока к. з. на землю между заземленными нейтралями сети.

б) Электроустановки напряжением выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю

. В соответствии с требованиями ПУЭ в электроустановках без компенсации емкостных токов сопротивление заземляющего устройства при протекании через него расчетного тока в любое время года должно удовлетворять условию, Ом

(8-12)

где I расч — расчетный ток через заземляющее устройство, А; U расч — расчетное напряжение на заземляющем устройстве по отношению к земле, В.

Расчетным током является полный тон замыкания на землю при полностью включенных присоединениях электрически связанной сети.

Расчетный ток замыкания на землю может быть найден из выражения, А

где U — междуфазное напряжение сети, кВ; l к, l в — общая длина электрически связанных между собой кабельных и воздушных линий, км.

Если заземляющее устройство используется только для электроустановок напряжением выше 1000 В, I расч принимается равным 250 В; если заземляющее устройство одновременно используется и для электроустановок напряжением до 1000 В, I расч = 125 В.

Сопротивление заземляющего устройства для сетей напряжением выше 1000 В с малыми токами замыкания на землю должно быть не более 10 Ом.

В сетях с компенсацией емкостных токов сопротивление заземляющего устройства рассчитывается по формуле (8-12). При этом в качестве расчетного тока следует принимать:

1) для заземляющих устройств, к которым присоединены компенсирующие аппараты, ток, равный 125% номинального тока этих аппаратов;

2) для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты, наибольший остаточный ток замыкания на землю, который может иметь место в сети при отключении наиболее мощного из компенсирующий аппаратов, но не менее 30 А.

С целью облегчения устройства заземлений ПУЭ допускают во всех электроустановках с малыми токами замыкания на землю рассчитывать заземляющие устройства по формуле (8-12), принимая в качестве расчетного ток срабатывания релейной защиты или ток плавления предохранителей, если эта защита обеспечивает отключение замыканий на землю. При этом наименьший в условиях эксплуатации ток замыкания на землю должен быть не менее полуторакратного тока срабатывания релейной защиты или трехкратного номинального тока предохранителей.

в) Электроустановки напряжением до 1000 В с глухим заземлением нейтрали

. Согласно ПУЭ сопротивление заземляющего устройства в установках напряжением до 1000 В с глухим заземлением нейтрали должно быть не более 4 Ом. Исключение составляют электроустановки, в которых суммарная мощность установленных генераторов и трансформаторов не превышает 100 кВА. В этих случаях заземляющие устройства могут иметь сопротивления не более 10 Ом.

Части электроустановок, подлежащие заземлению, должны иметь надежную металлическую связь с нейтралью источника питания, выполняемую с помощью заземляющих проводников или нулевого провода. При воздушных линиях металлическая связь с нейтралью источника питания осуществляется при помощи специального нулевого провода, прокладываемого на опорах так же, как и фазные провода. При этом через каждые 250 м, а также на концах линий и ответвлений длиной более 200 м должны устраиваться повторные заземления нулевого провода. Сопротивление заземляющих устройств каждого из повторных заземлений должно быть не более 10 Ом. В сетях с суммарной мощностью питающих генераторов и трансформаторов 100 кВА и менее, для которых допущено cопротивление основного заземляющего устройства 10 Ом, сопротивление заземляющих устройств каждого из повторных заземлений должно быть не более 30 Ом при числе их не менее трех.

С целью обеспечения автоматического отключения участка с однофазным замыканием заземляющие проводники должны быть выбраны таким образом, чтобы при замыкании на корпус или на нулевой провод возникал ток короткого замыкания, превышающий:

1) в 3 раза номинальный ток плавкой вставки ближайшего предохранителя;

2) в 3 раза номинальный ток замедленного расцепителя автоматического выключателя, имеющего обратнозависимую от тока характеристику.

При защите сетей автоматическими выключателями, имеющими только электромагнитный расцепитель, заземляющие проводники должны быть выбраны таким образом, чтобы в петле фаза — нуль был обеспечен ток короткого замыкания, равный току уставки электромагнитного расцепителя, умноженному на коэффициент, учитывающий разброс, и на коэффициент запаса, равный 1,1. При отсутствии заводских данных по разбросу кратность тока короткого замыкания относительно тока уставки электромагнитного расцепителя следует принимать равной: для автоматов с номинальным током до 100 А 1,4; для прочих автоматов 1,25.

Полная проводимость заземляющих проводников во всех случаях должна составлять не менее 50% проводимости фазного проводника.

Условия в отношении тока замыкания на землю должны проверяться испытаниями или измерениями до ввода электроустановки в эксплуатацию, а также периодически в процессе ее эксплуатации. В целях удовлетворения указанных требований в отношении тока замыкания заземляющие проводники рекомендуется прокладывать совместно или в непосредственной близости с фазными.

Не допускается использование свинцовых оболочек кабелей в качестве заземляющих проводников.

В условиях проектирования для проверки обеспечения отключения замыканий между фазным и нулевым проводами ток однофазного замыкания определяется по приближенной формуле:

(8-13)

где Uф — фазное напряжение сети; Zт.о — полное сопротивление нулевой последовательности трансформатора; Z — полное сопротивление петли фаза — нуль.

При совместной подвеске нулевого и фазных проводов линии удельное реактивное сопротивление проводов петли из цветных металлов принимается равным 0,6 Ом/км; при стальных проводах внешнее удельное реактивное сопротивление проводов петли принимается также равным 0,6 Ом/км, а внутренние реактивное и активное сопротивления определяются для тока, фактически проходящего по проводам в условиях однофазного замыкания. В качестве первого приближения их можно определять для тока замыкания, превышающего ток срабатывания защиты в указанное число раз.

Отмеченная приближенность формулы (8-13) заключается в замене геометрического сложения полных сопротивлений трансформатора и цепи фаза — нуль арифметическим, так как векторы этих сопротивлений почти параллельны и погрешность от такой замены не превышает 5% в сторону увеличения расчетного сопротивления.

В установках постоянного тока заземление выполняется так же, как и в установках переменного тока.

Особенностью прохождения постоянного тока в земле является электролитическая коррозия подземных сооружений (водопровод и другие трубопроводы, оболочки кабелей, конструкции зданий).

Опасность коррозии существует в установках с длительным протеканием рабочего тока через заземлитель (рабочее заземление одного полюса) или при наличии токов утечки (электролизные установки, рельсовый электрический транспорт). Поэтому при устройстве заземлений в установках постоянного тока не следует использовать в качестве заземляющих устройств подземные сооружения, коррозия которых приводит к большим убыткам. Заземлители установок постоянного тока не должны объединяться с заземлителями других систем. Элементы заземлителей должны быть достаточной толщины для предотвращения быстрого разрушения. Если электроустановки постоянного тока связаны с электроустановками переменного тока (преобразователи), то могут быть применены общие заземляющие устройства.

В сетях постоянного тока повторные заземления нулевого провода должны осуществляться при помощи отдельных искусственных заземлителей, которые не должны иметь металлических соединений с подземными трубопроводами, оболочками кабелей и т.п.

г) Электроустановки напряжением до 1000 В с изолированной нейтралью

. Сопротивление заземляющего устройства согласно ПУЭ не должно превышать 4 Ом, а в электроустановках с суммарной мощностью параллельно работающих генераторов и трансформаторов 100 кВА и ниже не должно быть выше 10 Ом.

В месте установки трансформаторов при совместном использовании заземляющего устройства для сетей напряжением до 1000 В и выше сопротивление заземляющего устройства должно удовлетворять формуле (8-12) при расчетном напряжении на заземляющем устройстве Uрасч — 125 В. Это требование предусматривает снижение опасных последствии при повреждении трансформатора с замыканием между обмотками высшего и низшего напряжений. При этом, если при повреждении не произойдет отключения от действия защиты высшей стороны, через пробивной предохранитель и заземляющее устройство будет протекать ток замыкания на землю сети высшего напряжения.

При однофазных замыканиях в сетях до 1000 В в месте замыкания протекает ток, обусловленный проводимостями (активной и емкостной) фаз на землю.

Напряжение на заземлителе относительно точки нулевого потенциала равно:

Uзм = Iзм Rзм

где где I зм — ток замыкания, А; R зм — сопротивление заземляющего устройства, не превышающее 4 Ом (или 10).

Наибольшее значение напряжения прикосновения при этом составляет несколько десятков вольт. Поэтому в коротких сетях с малой проводимостью на землю неоспоримы преимущества сетей с изолированной нейтралью с точки зрения элекробезопасности.

Выдержка из Справочника по электроснабжению промышленных предприятий

под общей редакцией А. А. Федорова и Г. В. Сербиновского